Linux网络编程实例详解本文介绍了在Linux环境下的socket编程常用函数用法及socket编程的一般规则和客户/服务器模型的编程应注意的事项和常遇问题的解决方法,并举了具体代码实例。
要理解本文所谈的技术问题需要读者具有一定C语言的编程经验和TCP/IP方面的基本知识。
要实习本文的示例,需要Linux下的gcc编译平台支持。
Socket定义网络的Socket数据传输是一种特殊的I/O,Socket也是一种文件描述符。
Socket也具有一个类似于打开文件的函数调用—Socket(),该函数返回一个整型的Socket描述符,随后的连接建立、数据传输等操作都是通过该Socket实现的。
常用的Socket类型有两种:流式Socket —SOCK_STREAM和数据报式Socket—SOCK_DGRAM。
流式是一种面向连接的Socket,针对于面向连接的TCP服务应用;数据报式Socket是一种无连接的Socket,对应于无连接的UDP 服务应用。
Socket编程相关数据类型定义计算机数据存储有两种字节优先顺序:高位字节优先和低位字节优先。
Intenet上数据以高位字节优先顺序在网络上传输,所以对于在内部是以低位字节优先方式存储数据的机器,在Internet上传输数据时就需要进行转换。
我们要讨论的第一个结构类型是:struct sockaddr,该类型是用来保存socket信息的:struct sockaddr {unsigned short sa_family;char sa_data[14]; };sa_family一般为AF_INET;sa_data则包含该socket的IP地址和端口号。
另外还有一种结构类型:struct sockaddr_in {short int sin_family;unsigned short int sin_port;struct in_addr sin_addr;unsigned char sin_zero[8];};这个结构使用更为方便。
sin_zero(它用来将sockaddr_in结构填充到与struct sockaddr 同样的长度)应该用bzero()或memset()函数将其置为零。
指向sockaddr_in的指针和指向sockaddr的指针可以相互转换,这意味着如果一个函数所需参数类型是sockaddr时,你可以在函数调用的时候将一个指向sockaddr_in的指针转换为指向sockaddr的指针;或者相反。
sin_family通常被赋AF_INET;in_port和sin_addr应该转换成为网络字节优先顺序;而sin_addr则不需要转换。
我们下面讨论几个字节顺序转换函数:htons()--"Host to Network Short" ; htonl()--"Host to Network long"ntohs()--"Network to Host Short" ; ntohl()--"Network to Host Long"在这里,h表示"host",n表示"network",s表示"short",l表示"long"。
打开socket描述符、建立绑定并建立连接socket函数原型为:int socket(int domain, int type, int protocol);domain参数指定socket的类型:SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM;protocol通常赋值“0”。
Socket()调用返回一个整型socket描述符,你可以在后面的调用使用它。
一旦通过socket调用返回一个socket描述符,你应该将该socket与你本机上的一个端口相关联(往往当你在设计服务器端程序时需要调用该函数。
随后你就可以在该端口监听服务请求;而客户端一般无须调用该函数)。
Bind函数原型为:int bind(int sockfd,struct sockaddr *my_addr, int addrlen);Sockfd是一个socket描述符,my_addr是一个指向包含有本机IP地址及端口号等信息的sockaddr类型的指针;addrlen常被设置为sizeof(struct sockaddr)。
最后,对于bind函数要说明的一点是,你可以用下面的赋值实现自动获得本机IP地址和随机获取一个没有被占用的端口号:my_addr.sin_port = 0;my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;通过将my_addr.sin_port置为0,函数会自动为你选择一个未占用的端口来使用。
同样,通过将my_addr.sin_addr.s_addr置为INADDR_ANY,系统会自动填入本机IP地址。
Bind()函数在成功被调用时返回0;遇到错误时返回“-1”并将errno置为相应的错误号。
另外要注意的是,当调用函数时,一般不要将端口号置为小于1024的值,因为1~1024是保留端口号,你可以使用大于1024中任何一个没有被占用的端口号。
Connect()函数用来与远端服务器建立一个TCP连接,其函数原型为:int connect(int sockfd, struct sockaddr *serv_addr, int addrlen);Sockfd是目的服务器的sockt描述符;serv_addr是包含目的机IP地址和端口号的指针。
遇到错误时返回-1,并且errno中包含相应的错误码。
进行客户端程序设计无须调用bind(),因为这种情况下只需知道目的机器的IP地址,而客户通过哪个端口与服务器建立连接并不需要关心,内核会自动选择一个未被占用的端口供客户端来使用。
Listen()——监听是否有服务请求在服务器端程序中,当socket与某一端口捆绑以后,就需要监听该端口,以便对到达的服务请求加以处理。
int listen(int sockfd,int backlog);Sockfd是Socket系统调用返回的socket描述符;backlog指定在请求队列中允许的最大请求数,进入的连接请求将在队列中等待accept()它们(参考下文)。
cklog对队列中等待服务的请求的数目进行了限制,大多数系统缺省值为20。
当listen遇到错误时返回-1,errno被置为相应的错误码。
故服务器端程序通常按下列顺序进行函数调用:socket(); bind(); listen();accept()——连接端口的服务请求。
当某个客户端试图与服务器监听的端口连接时,该连接请求将排队等待服务器accept()它。
通过调用accept()函数为其建立一个连接,accept()函数将返回一个新的socket描述符,来供这个新连接来使用。
而服务器可以继续在以前的那个socket上监听,同时可以在新的socket描述符上进行数据send()(发送)和recv()(接收)操作:int accept(int sockfd, void *addr, int *addrlen);sockfd是被监听的socket描述符,addr通常是一个指向sockaddr_in变量的指针,该变量用来存放提出连接请求服务的主机的信息(某台主机从某个端口发出该请求);addrten通常为一个指向值为sizeof(struct sockaddr_in)的整型指针变量。
错误发生时返回一个-1并且设置相应的errno值。
Send()和recv()——数据传输这两个函数是用于面向连接的socket上进行数据传输。
Send()函数原型为:int send(int sockfd, const void *msg, int len, int flags);Sockfd是你想用来传输数据的socket描述符,msg是一个指向要发送数据的指针。
Len是以字节为单位的数据的长度。
flags一般情况下置为0(关于该参数的用法可参照man 手册)。
char *msg = "Beej was here!"; int len,bytes_sent; ... ...len = strlen(msg); bytes_sent = send(sockfd, msg,len,0); ... ...Send()函数返回实际上发送出的字节数,可能会少于你希望发送的数据。
所以需要对send()的返回值进行测量。
当send()返回值与len不匹配时,应该对这种情况进行处理。
recv()函数原型为:int recv(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags);Sockfd是接受数据的socket描述符;buf是存放接收数据的缓冲区;len是缓冲的长度。
Flags也被置为0。
Recv()返回实际上接收的字节数,或当出现错误时,返回-1并置相应的errno 值。
Sendto()和recvfrom()——利用数据报方式进行数据传输在无连接的数据报socket方式下,由于本地socket并没有与远端机器建立连接,所以在发送数据时应指明目的地址,sendto()函数原型为:int sendto(int sockfd, const void *msg,int len,unsigned int flags, const struct sockaddr *to, int tolen);该函数比send()函数多了两个参数,to表示目地机的IP地址和端口号信息,而tolen常常被赋值为sizeof (struct sockaddr)。
Sendto函数也返回实际发送的数据字节长度或在出现发送错误时返回-1。
Recvfrom()函数原型为:int recvfrom(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int lags,struct sockaddr *from,int *fromlen);from是一个struct sockaddr类型的变量,该变量保存源机的IP地址及端口号。
fromlen 常置为sizeof (struct sockaddr)。
当recvfrom()返回时,fromlen包含实际存入from中的数据字节数。
Recvfrom()函数返回接收到的字节数或当出现错误时返回-1,并置相应的errno。
应注意的一点是,当你对于数据报socket调用了connect()函数时,你也可以利用send()和recv()进行数据传输,但该socket仍然是数据报socket,并且利用传输层的UDP服务。